新工科理念下工業設計專業教學方法與實踐

吳磊

摘要：

國家創新驅動發展戰略的實施，推動了中國新時期工業設計領域教育改革。通過新工科教育模式，構建新工科背景下工業設計人才培養模式，在工業設計專業本科生“快題設計”等專業課程中進行教學實踐。以“中國制造2025”為目標導向，構建了“工科+藝術”“學校教育+社會教育”的工業設計教學與人才培養新模式。

關鍵詞：新工科；工業設計；教學模式；人工智能；創新設計

中圖分類號：TB472；G6420文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02001004

隨著國家創新驅動發展戰略的推進，以“中國制造2025”“互聯網+”“人工智能”等為代表的國家戰略性需求，帶動了新一輪的科技革命和產業變革，同時也推動了中國新時期工業設計領域人才培養模式變革。在這樣的發展機遇下，工業設計專業教育理念必須緊密貼合新工科建設的新思想、新結構、新模式，但目前對于新工科背景下的工業設計教育方法和實踐研究還相對匱乏。因此，文章結合目前新工科的發展趨勢和工業設計教育的特征，探索符合中國國情的新工科教育理念下的工業設計專業教學新理念、新方法與新的實踐模式。

一、新工科的概念及研究現狀

由于新工科概念的內涵和范疇非常廣泛，目前學術界對新工科還沒有一個很明確的定義。一般認為，新工科的研究范疇包括新一代信息技術產業、人工智能和智慧制造、高檔數控機床與機器人以及對傳統工科專業的升級和改造[1-2]。自從中國2016年6月正式加入《華盛頓協議》，新工科發展的號角正式吹響。《華盛頓協議》是目前國際工程與設計領域最具權威性的國際組織之一，主要包含三大主題——以學生為中心、成果導向和持續改進。加入《華盛頓協議》，標志著中國工程與設計教育由以往的跟跑階段，進入到并跑階段。從2017

年2月份的“復旦共識”[3]到2017年4月份的“天大行動”[4]，目前國內以清華大學、上海交通大學、天津大學等為代表的知名高校，已在大力探索新工科模式下的教學方法與教學模式，以期解決目前人工智能全球化形勢下的人才培養問題。譬如，有學者在工業設計教學中采用CDIO教育模式，即從創意構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）中構建教學體系[5]。最近，汕頭大學提出EIP-CDIO教育模式，即“道德+誠信+職業”與“構思+設計+實施+運作”的有機融合[6]。

從工業設計學科的發展趨勢來看，數字化和智能化已成為目前工業設計的前沿發展領域，當前以“工業4.0”“互聯網+”“服務設計”等為核心的新型智能產品和服務正在悄然推動設計研究改革。《國家戰略性新興產業發展“十二五”規劃》中提出，智能產品和裝備是國家戰略性新興產業之一，智能制造裝備、智能服務機器人等已逐步成為工業設計的重要研究對象，而目前的工業設計教學體系往往缺少此教學環節和內容。雖然，對新工科的教育理念和方法已經有一些研究，但主要是針對藝工結合或CDIO工程教育認證的教育模式[7-12]，針對新工科理念下的工業設計教學方法研究還較為匱乏。

二、新工科背景下的工業設計教育研究框架

人類已從蒸汽機時代、電氣時代、信息技術時代轉而進入基于數據、信息、認知的人工智能時代[13]。從國家對工業設計學科發展規劃來看，2015年5月8日，國務院印發了《中國制造2025》規劃，將數字化、智能化提到了國家戰略發展層面。2015年5月11日，中央電視臺新聞頻道專門組織專題節目《問計中國制造》，深入闡述工業設計對智能制造產業的重要作用。因此，將工業設計和智能制造等新工科領域結合，加強對新設計問題的思考和實踐，符合國家對工業設計學科發展要求。

新工科背景下的工業設計教育，必須結合目前新工科背景下的新興科技，如人工智能、大數據可視化、服務機器人、新一代信息產業以及高端智能裝備等。工業設計教育可與百度、阿里、華為、騰訊等以創新思維為主導的企業聯合進行人才培養或開展專題設計工作坊。在教學研究方法上，結合定量和實證設計研究方法，如設計調查與人類學方法、用戶研究與體驗設計方法、產品形態與語義設計、材料工藝學與協同制造、服務設計與社會創新等開展設計教育研究。總之，可將新興科技領域和工業設計研究領域相互融合，打造新工科框架下的新型工業設計教育模式。

筆者認為，新工科教育框架下的工業設計教學模式，應在體現新工科特征基礎上，具備工業設計的學科特點，即工業設計教育的新理念、新結構、新模式、新體系、新業態、新服務。新工科理念下的工業設計教育研究框架如圖1所示。

三、新工科背景下的工業設計人才培養思考

筆者認為，新工科背景下的高素質工業設計人才培養應兼顧“素質、能力、知識”三個維度。首先，“素質”包含學生的批判性思維、家國情懷、拼搏精神和意志力、責任感與敬業精神等。其次，“能力”包含設計領導能力、溝通與協商能力、跨學科交叉融合能力等。最后，“知識”包含寬厚的基礎知識、精深的專業知識、全球性設計視野、終身學習能力等。新工科下的工業設計教育應在目前制造業升級、人工智能爆發和互聯網革命的基礎上，培養學生快速學習新概念、新事物、新技術的能力。在新工科背景下，應以心理學、哲學、美學、管理學、邏輯學、腦科學、醫學、語言學等為理論基礎，采用翻轉課堂、MOOC教學、PBL教學、CDIO教學、創客教育、協作學習等教學模式，推動工業設計教學的發展，具體研究框架見圖2。

如前所述，筆者認為在新工科背景下，應重點關注工業設計人才的3個核心素養能力。

1.設計素質——批判性思維能力

批判性思維是一種敢于質疑和分析、評價與反思現有設計形態的思維方式。在新工科的工業設計教學模式下，為培育學生的批判性思維，應大力開展“以問題為導向”的PBL教學方法（Problem-Based Learning），將目前“單通道的灌輸教學”轉變為“多通道的主動性思考”。教學內容設置上應減少單純知識性記憶和背誦，建構以“啟發式問題導入”為中心的教學體系，培養學生的獨立思考能力和設計判斷能力。

2.設計能力——設計領導能力

在設計驅動型創意的新經濟模式下，設計的領導力（Design Leadership）是指在企業中將工業設計作為新產品研發的驅動和先遣力量。具有設計領導力的設計師既具有深厚的設計知識，也深刻理解商業模式，能高效協調“設計+工程+商業”之間的利益關系并創造性地解決問題。如何將設計領導力融入工業設計教育，是新工科下工業設計教育中必須關注的另一個重要問題。

3.知識——設計研究知識

設計方法論（Design Methodology）是結合設計形態與符號語義學、用戶研究與人類學、調研訪談與統計學等的綜合性、研究性知識體系。工業設計產品通過嚴謹的邏輯分析和推理而生成，產品的空間尺寸和結構往往由客觀的功能結構決定。這就要求新工科背景下的工業設計教育應著重培養學生的邏輯分析和設計研究能力。新工科背景下的設計師應掌握科學的用戶角色分析技巧，設計研究問卷，進行數據統計，設計心理學實驗。不僅能理解產品設計的理由與來源、設計的限制與邊界，并能定量評估產品設計的用戶體驗，提出改進策略。

四、新工科理念在工業教學中的實踐與反思

華中科技大學機械科學與工程學院以數字化制造和智能制造為學科特色，擁有數字制造裝備與技術國家重點實驗室、制造裝備數字化國家工程研究中心等4個國家級教學與科研中心。工業設計系隸屬于機械科學與工程學院，依托學院強大的工科背景和優勢，在工業設計本科和研究生教育中，結合新工科教育理念，建構了以數字裝備和人工智能為特色的工業設計人才培養模式。具體的教學研究思路和實踐方法如下：

從學校本科工業設計課程設置邏輯來看，經過大學二年級的產品設計一、產品設計二和產品開發設計課程以后，學生已基本掌握了消費電子、家具產品等設計方法和策略，但對

新興的數字裝備產品和智能產品設計缺少相應教學訓練。為此，在本科三年級快題設計課程中，引入了人工智能、智能裝備等設計專題研究，取得了較好的教學效果。快題設計是一門重要的高年級綜合性設計專業必修課程，主要培養學生對設計產品原型構思、設計表現、工程結構和設計說明的設計創意和可視化表達能力。該課程具體教學目標是讓學生掌握產品設計創意的起源與邏輯結構、可視化方法、工程化方法等專業知識。在課程的實施過程中，通過對人工智能與裝備設計的創意思維訓練和對智能裝備產品的一系列快題設計實踐訓練，使學生有效掌握以人工智能和智能裝備為主體的工業設計方法和思維方式。

經過不斷的教學實踐和積累，總結經驗與教訓，筆者認為新工科背景下的工業設計教育應進行如下的轉變和反思，以適應目前人工智能下社會快速轉型及新型人才培養需求。

1.改變新工科背景下的工業設計教學理念

未來的工業設計將從“設計物的形態”轉換為“設計人的行為”，從“設計實體產品”到“設計服務體系”，從“關注產品功能”到“關注心理體驗”。所以，未來的工業設計教育要將人工智能、用戶體驗、服務設計與社會創新等新興設計形式和業態深度融合。這意味著設計師需要更多關注“人”的心理、行為、需求等，要求在工業設計教學體系上加大對“用戶研究設計”“用戶體驗設計”“設計心理學與認知”等專業課程的建設力度和師資投入力量。

2.提升新工科背景下的工業設計教學方式

為適應新工科的發展需求，工業設計教育應以學生為中心，采用PBL等教學方法，讓教師從“知識傳授者”轉變為“知識引領者”，實現“以學習者為中心”的新型工業設計教學模式。以

現代化信息技術為手段，采用在線課程和虛擬仿真等數字化教學方式，為信息技術和工業設計教學的融合搭建平臺，如MOOC、SPOC、微格教學等。構建“設計創客”實驗孵化基地，鼓勵本科生和研究生開展工業設計領域的創新創業實踐，推進工業設計產學研的緊密結合和工業設計市場轉換。

3.優化新工科背景下的工業設計教學知識結構

為了適應新工科的發展需求，工業設計教育應適當增加人工智能與認知科學、智能設計與數字制造、大數據可視化與虛擬現實、設計知識管理與決策、情感計算與虛擬現實、服務設計與社會創新、計算機輔助設計與3D打印等知識結構。例如，設計和認知科學結合，以實驗心理學、行為反應測量和腦認知科學技術，研究用戶對產品設計的視覺認知與注意機制、感知覺信息處理與整合、人的決策和行為等領域。通過眼動和腦電儀器，有效測量用戶在人機界面交互中的視覺軌跡、認知決策及腦力負荷有關的行為績效。通過科學定量研究的手段，科學有效地測定產品和界面設計中的可用性工程、用戶體驗質量。

綜上所述，在未來的工業設計教育中，應大力推進工業設計+認知科學、工業設計+群體智能、工業設計+大數據可視化、工業設計+人工智能、工業設計+智能服務機器人、工業設計+增材制造等，這些研究方向都將成為新工科背景下工業設計教育的新興研究領域和新的增長點。

五、結語

隨著大數據、人工智能與腦認知科學等新興學科的發展，新工科知識形態已顛覆了傳統的工科與藝術領域，工業設計教育的理念和方法也應隨之轉型。為順應新時期創新驅動發展戰略，實現工業設計在“中國制造”轉向“中國智造”中的核心地位，落實中國制造業智能化升級轉型和社會發展對工業設計的現實需求，推動工業設計與新工科產業的高端化、綜合化融合發展。新工科背景下的工業設計教學，應培養具有全球設計視野、團隊領導能力、設計整合能力等專業素養，培養科學、工程、藝術融合交叉的復合型、綜合性高端設計人才。參考文獻：

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Abstract：

With the national promotion of the development strategy driven by design innovation， it also promotes the educational reform in the field of industrial design. In this paper， through the establishment of architecture in Emerging Engineering Education mode of industrial design education， build the training model of industrial design student based on new engineering. This paper implement on the teaching practice through industrial design undergraduate quick sketch design and other courses. Finally， the paper established a new mode of industrial design teaching and personnel training based on the combination of engineering & art， school education & social education and “Made in China 2025”.

Keywords： Emerging Engineering Education； industrial design； teaching mode； artificial intelligence； innovative design

（編輯周沫）